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气体超声流量计的信号激励与数字处理技术


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气体超声流量计的信号激励与数字处理技术
  • 书号：9787030866516
    作者：徐科军
  • 外文书名：
  • 装帧：平装
    开本：B5
  • 页数：292
    字数：383000
    语种：zh-Hans
  • 出版社：科学出版社
    出版时间：2026-10-01
  • 所属分类：
  • 定价： ￥198.00元
    售价： ￥156.42元
  • 图书介质:
    纸质书

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气体超声流量计具有测量准确度高、无压损、量程宽等优点，广泛应用于气体流量测量，特别是在大口径管道的天然气流量测量方面优势显著。本书介绍气体超声流量计的信号激励与数字处理技术，包括气体超声流量计的信号模型、能量传递模型，常规激励信号优化、间歇式激励方法和与之配合的基于相邻峰值最大差值的信号处理方法，基于可变比例阈值和过零检测的信号处理方法，基于动态可变阈值的信号处理方法，基于回波峰值拟合的信号处理方法，基于回波信号包络拟合的信号处理方法，基于能量变化率的特征波提取方法，基于回波能量点定位的信号处理方法，基于回波能量积分的信号处理方法，以DSP和FPGA为核心的双声道气体超声流量变送器、四声道气体超声流量变送器和以MCU为核心的低功耗单声道气体超声流量变送器。
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    前言
    第1章 气体超声流量计概述 1
    1.1 气体超声流量计的重要性 1
    1.2 气体超声流量计简介 2
    1.2.1 气体超声流量计测量原理 2
    1.2.2 基于时差法的气体超声流量计工作原理 4
    1.2.3 基于时差法的气体超声流量计结构组成 6
    1.3 气体超声流量计的发展与研究现状 7
    1.3.1 超声流量计信号模型 9
    1.3.2 激励信号的设计与选择 10
    1.3.3 回波信号预处理 11
    1.3.4 回波信号处理方法 12
    1.3.5 回波信号后处理 20
    参考文献 21
    第2章 气体超声流量计的数学模型 27
    2.1 气体超声流量计的信号模型 27
    2.1.1 实验平台 28
    2.1.2 传统的信号模型分析 30
    2.1.3 幅值子模型建立 31
    2.1.4 过程子模型建立 37
    2.1.5 延时时间子模型建立 43
    2.2 气体超声流量计的能量传递模型 47
    2.2.1 静态实验 49
    2.2.2 动态实验 51
    2.2.3 静态模型参数拟合 51
    2.2.4 动态模型参数拟合 55
    2.2.5 能量传递模型的应用 57
    参考文献 59
    第3章 激励信号 60
    3.1 常规激励信号 60
    3.1.1 激励信号性能 60
    3.1.2 激励信号选择 61
    3.1.3 实验方法 61
    3.1.4 实验结果 62
    3.2 间歇式激励信号 65
    3.2.1 叠加波形的变化规律 66
    3.2.2 间歇式激励信号的实验研究 67
    3.2.3 间歇式激励信号配合的处理方法 72
    参考文献 75
    第4章 基于可变和动态阈值的信号处理方法 76
    4.1 基于零相位滤波器的回波信号预处理方法 76
    4.1.1 零相位滤波器算法原理与实现过程 77
    4.1.2 零相位滤波器与其他滤波器比较 78
    4.2 基于可变比例阈值和过零检测的信号处理方法 83
    4.2.1 特征点选择 83
    4.2.2 比例阈值方法提出 86
    4.2.3 阈值确定 87
    4.3 基于动态可变阈值的信号处理方法 92
    4.3.1 回波信号预处理 93
    4.3.2 回波信号分析 94
    4.3.3 动态可变阈值函数确定 97
    4.3.4 特征点确定 99
    4.3.5 实验数据离线处理 101
    4.4 可变阈值与动态可变阈值方法的比较 103
    4.4.1 方法实现步骤 104
    4.4.2 特征点稳定性 106
    4.4.3 特征点拾取正确率 108
    参考文献 109
    第5章 基于回波轮廓的信号处理方法 111
    5.1 基于回波峰值拟合的信号处理方法 111
    5.1.1 回波信号轮廓研究 111
    5.1.2 拟合直线阈值范围确定 112
    5.1.3 特征点确定和气体流量计算 114
    5.2 基于回波信号包络拟合的信号处理方法 116
    5.2.1 回波信号包络研究 116
    5.2.2 特征直线拟合范围确定 118
    5.2.3 特征点确定 120
    参考文献 124
    第6章 基于回波能量的信号处理方法 126
    6.1 基于能量变化率的特征波提取方法 126
    6.2 基于回波能量点定位的信号处理方法 129
    6.2.1 回波信号能量研究 129
    6.2.2 回波信号能量包络变化率分析 130
    6.2.3 特征点确定和气体流量计算 132
    6.3 基于回波能量积分的信号处理方法 136
    6.3.1 回波能量变化规律研究 137
    6.3.2 积分阈值选取 138
    6.3.3 固定累积能量值选取 140
    6.3.4 特征点确定和气体流量计算 143
    参考文献 146
    第7章 基于DSP和FPGA的双声道气体超声流量变送器 148
    7.1 变送器方案设计 148
    7.2 变送器硬件研制 149
    7.2.1 硬件总体结构设计 149
    7.2.2 硬件各模块设计 151
    7.2.3 PCB电气结构布局准则 162
    7.3 变送器软件开发 167
    7.3.1 软件总体构成与工作流程 167
    7.3.2 FPGA软件设计 168
    7.3.3 DSP软件设计 175
    7.4 气体超声流量计实流标定 180
    7.4.1 基于可变阈值和过零检测方法的标定 180
    7.4.2 基于回波峰值拟合信号处理方法的标定 185
    7.4.3 基于回波上、下包络拟合信号处理方法的标定 188
    7.4.4 基于回波能量积分信号处理方法的标定 189
    参考文献 190
    第8章 基于DSP和FPGA的四声道气体超声流量变送器 192
    8.1 方案设计 192
    8.1.1 四声道布置 192
    8.1.2 系统组成 193
    8.1.3 工作流程 196
    8.1.4 设计要点 196
    8.2 变送器硬件研制 198
    8.2.1 驱动信号放大电路 198
    8.2.2 回波信号调理与放大电路 201
    8.2.3 发射/接收通道切换电路 206
    8.2.4 高速DAC与高速ADC 209
    8.2.5 DSP最小系统 210
    8.2.6 FPGA最小系统 213
    8.2.7 电源管理模块 214
    8.2.8 串行通信和人机接口 217
    8.2.9 系统防干扰设计 217
    8.3 变送器软件设计 219
    8.3.1 软件组成 219
    8.3.2 工作流程 220
    8.3.3 FPGA软件 220
    8.3.4 DSP软件 225
    8.4 信号处理方法中的关键点 227
    8.4.1 FPU使用 227
    8.4.2 “台阶法”异常值剔除 229
    8.4.3 “双发双收”顺序 230
    8.4.4 零相位滤波中数组翻转 231
    8.4.5 上位机GUI程序实现 231
    8.4.6 各声道权重系数确定 232
    8.4.7 流量结果的Kalman滤波融合 233
    8.5 标定结果 237
    参考文献 239
    第9章 基于MCU的低功耗单声道气体超声流量变送器 241
    9.1 一次仪表介绍 242
    9.2 变送器硬件研制 243
    9.2.1 系统组成 244
    9.2.2 激励电路模块 245
    9.2.3 发射/接收通道切换电路 248
    9.2.4 回波调理模块 249
    9.2.5 信号处理模块 250
    9.2.6 通信模块 252
    9.2.7 电源管理模块 252
    9.3 变送器软件开发 256
    9.3.1 总体框图 256
    9.3.2 主监控程序 257
    9.3.3 激励模式 262
    9.3.4 脉冲上传方式 266
    9.3.5 其他软件模块 272
    9.4 实验标定 277
    9.4.1 实验装置 277
    9.4.2 实验步骤 278
    9.4.3 标定结果 282
    9.4.4 不确定度分析 283
    参考文献 291
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